Home Energía ¿Qué pasa en Fukushima (Parte 1)? Así funciona un reactor BWR.

¿Qué pasa en Fukushima (Parte 1)? Así funciona un reactor BWR.

escrito por Manuel Fernández Ordoñez 21 marzo, 2011

La semana pasada se puso de manifiesto (nosotros ya lo sabíamos, pero ahora queda demostrado de forma patente) la falta de conocimientos que la sociedad en general y la prensa en particular tienen acerca de cualquier cosa relacionada con la energía nuclear. Confirmando la hipótesis que establece que cuanto más lo desconoces más lo temes, los titulares de la prensa internacional (la española entre ellas) desataron sus más bajos instintos. Decidieron que si Japón no había tenido bastante había que exagerarlo aún más, que los más de 20.000 muertos eran pocos, que con eso no vendían los suficientes periódicos, que la alarma nuclear apelaba perfectamente a aquello que se apela cuando no se tienen argumentos, a lo sentimientos, al miedo, al pathos. No habéis inventado nada, hace ya muchos siglos que lo hacían los griegos.

No es el momento de ajustar cuentas, no estamos aquí para eso. Estamos aquí para informar, para divulgar, para explicar. Durante la pasada semana hubo gente que decidió leer lo que aquí se publicaba, hubo gente que decidió seguir lo que algunos decíamos a través de twitter (@fdezordonez). Hubo muchos otros (millones) que decidieron leer la prensa y ver los telediarios. Los primeros vivieron la realidad de los datos objetivos, obtuvieron datos, números, presiones, temperaturas, tasas de dosis, informes oficiales…Los segundos vivieron en una nebulosa de terror inducido por aquellos que tampoco sabían de lo que hablaban. Cada uno elige lo que lee, cada uno elige a quién escucha. Vivimos en la sociedad de la información, ya no hace falta que informen siempre los mismos. Tienen ustedes elección. Elijan.

El accidente de Fukushima Dai-ichi aún no ha terminado. La situación está estabilizada, pero no terminada. No hay que adornarlo, no hay que quitarle hierro, la situación es delicada, grave. Pero tampoco hay que exagerarla. Las cosa pueden dar un vuelco e ir a peor, pero lo normal sería que un vez recuperada la potencia externa los reactores comenzaran a refrigerarse de manera estable y se llevaran a parada fría. Eso sería todo, el final, el “apocalipsis” se verá aplazado para la próxima, el “fin del mundo” llegará otro día y en otro lugar y, sobre todo, “Chernobyl” únicamente hubo uno. Fukushima, probablemente, no se lleve ninguna vida humana, pero ha costado muchas cosas. Conviene tener en cuenta que el accidente de Fukushima no ha tenido lugar por un fallo humano, por un error en el diseño o por un mal funcionamiento de la central. Este accidente tuvo lugar porque la naturaleza, desatada y devastadora, sobrepasó todos los límites para los cuales están diseñadas las centrales nucleares. No culpemos a la energía nuclear también de esto, el resto de industrias (de cualquier tipo) aguantaron muchísimo menos. Lo único que aguantó en pie, de hecho, fueron las centrales nucleares.

Para entender los eventos que desencadenaron el accidente nuclear de Fukushima Dai-ichi hay que comprender, en primer lugar, cómo funciona una central nuclear. Durante una seria de artículos trataremos de explicar este funcionamiento. Nos centraremos especialmente en la tecnología de reactores BWR como los de Fukushima y trataremos de explicar qué fue lo que falló, por qué lo hizo y qué consecuencias trajo. En este primer artículo trataremos de describir, de manera muy superficial, el funcionamiento en operación normal de una central nuclear.

En la siguiente figura se muestra una visión esquemática de los componentes principales en la generación nuclear de electricidad. Podemos ver la vasija del reactor, que contiene el núcleo y otros componentes (como el secador y el separador de humedad). Vemos también en la figura una turbina, un alternador, un condensador y varias bombas. Describiremos a continuación qué función realiza cada uno de esos dispositivos.

Visión esquemática de una central de tecnología BWR. Fuente: Traducción al castellano a partir de una figura de la NRC. Click para agrandar.

Una central nuclear produce electricidad basándose en un ciclo térmico de agua. ¿Qué quiere esto decir? Pues que al igual que otras centrales térmicas (como las de carbón) se hace hervir agua, el vapor de agua hace girar una turbina y ésta mueve un alternador que produce electricidad. La diferencia fundamental entre una central nuclear y una central de carbón es la forma en la que se hace hervir el agua. En la central de carbón se quema el mineral en una caldera y en ella se calienta el agua. En una central nuclear serán las reacciones de fisión del uranio-235 las que van a calentar el agua.

En una central nuclear del tipo BWR el agua se lleva a ebullición en el interior de la propia vasija. De ahí su nombre Boiling Water Reactor (Reactor de Agua en Ebullición). El modo de funcionamiento de una central de estas características es conceptualmente sencillo: el agua fría entra en la vasija del reactor (línea verde) y se la obliga a ir hacia abajo. Una vez llegada al fondo de la vasija gira 180º y se dirige hacia arriba, atravesando el núcleo del reactor, donde se encuentra el combustible nuclear que genera una gran cantidad de calor. Al atravesar el núcleo y ponerse en contacto con las barras de combustible de uranio, el agua alcanza el punto de ebullición y se convierte en vapor de agua. Este vapor hay que separarlo de cualquier humedad que contenga, por lo que se le hace atravesar un secador y un separador de humedad (si este vapor no se secara, cualquier pequeña gotita de agua que llegara a la turbina agujerearía los álabes de ésta como si fueran mantequilla). La turbina gira a gran velocidad, haciendo que un alternador produzca electricidad y la vierta a la red eléctrica. Una vez que el vapor de agua se ha utilizado en la turbina se lleva a un condensador, donde el vapor se enfría y se vuelve a convertir en agua líquida. Para condensar el vapor se utiliza agua fría, que provenía del mar en el caso de Fukushima. Una vez el vapor se ha condensado se vuelve a meter en la vasija del reactor y el proceso comienza de nuevo.

Como vemos, el concepto es extremadamente sencillo. Se mete agua en la vasija, que al atravesar el núcleo se convierte en vapor. El vapor se lleva a una turbina y una vez utilizado se enfría en un condensador donde vuelve de nuevo al estado líquido. Una vez en este estado se vuelve a inyectar a la vasija del reactor y se comienza de nuevo. Y así se pasa el agua, años y años, dando vueltas por el interior del reactor.

Dejaremos este artículo aquí, no sin antes llamar la atención sobre las bombas que vemos dibujadas en verde en la figura. Centraremos nuestra atención en la bomba que lleva el agua desde el mar al condensador y en la bomba que inyecta el agua del condensador nuevamente en el interior de la vasija del reactor. No diremos más, pero estas bombas han sido de especial importancia en el accidente de Fukushima.

  • Escipion

    Silencio sobre Fukushima, muchas explicaciones científicas y una guerra coincidente en Libia ¿por qué será que empiezo a no creerme nada?
     
    Esta otra explicación me gusta más http://bit.ly/eqmwv1
     
    Un Saludo

  • Ijon Tichy

    Muy bueno Currela, muy explicativo.

    Parece que al apocalipsis nuclear tendrá que esperar. Aunque nos harán creer lo contrario y seguiremos con noticias sobre “se ha detectado radiactividad en x…”, sin precisar desde luego la peligrosidad de los niveles.

  • Eskozia

    ” ..Conviene tener en cuenta que el accidente de Fukushima no ha tenido lugar por un fallo humano, por un error en el diseño o por un mal funcionamiento de la central. Este accidente tuvo lugar porque la naturaleza, desatada y devastadora, sobrepasó todos los límites para los cuales están diseñadas las centrales nucleares. No culpemos a la energía nuclear también de esto, el resto de industrias (de cualquier tipo) aguantaron muchísimo menos. Lo único que aguantó en pie, de hecho, fueron las centrales nucleares.”
     
    Me parece a mí que los estándares de seguridad de otras industrias o edificaciones no tienen porqué ser los mismos que los de la industria nuclear,
    http://www.washingtonpost.com/world/japanese-nuclear-plants-evaluators-cast-aside-threat-of-tsunami/2011/03/22/AB7Rf2KB_story.html

  • Esporádico

    Uno sigue leyendo acusaciones de falta de transparencia, de ocultación de datos, de engaños a la población… Será que los que acusan no han buscado los datos, porque yo, que no soy nada ni nadie, ni me pagan por ocuparme de ello, cada vez que he querido saber algo lo he tenido al alcance de unos pocos clics.
     
    El documento que enlazas es un ejemplo de claridad, ya me gustaría encontrar información tan trabajada y tan bien presentada, mismamente en los impresos para rellenar un 036.
     
    Saludos y gracias. E.

  • Luis I. Gómez

    Gracias una vez más, Currela 🙂

  • Currela

    NISA ha sacado un parte muy ilustrativo sobre la situación de los 6 reactores de Fukushima Dai-ichi. Puede parecer un galimatías, pero de un vistazo te da una idea de cómo están las diversas barreras de cada reactor y los principales sistemas de emergencia. Chapeau!.
    Por resumir, el estado no ha cambiado mucho respecto a ayer, si bien hay ya claros avances: Se está inyectando agua de mar al reactor 1 y a la piscina 3 desde los propios sistemas de la planta, no con apaños ad-hoc como hasta ahora. Se ha recuperado energía eléctrica en todas las salas de control de la planta. Las piscinas de las unidades 3 y 4 siguen siendo el problema principal.
    Los niveles de radiación en el agua corriente de Tokio parece que han empezado a bajar, con lo que los empleados de los medios de comunicación (que no periodistas) se han quedado con otro titular apocalíptico menos.
    Total, claro escenario post-accidente que se irá recuperando (esperemos) poco a poco. Esto ya no da para más, salvo sorpresas desagradables de última hora.

  • Eskozia

    No es Chernobil, pero suelta radiación. No se ha venido abajo, pero ha colapsado. El emperador va desnudo, pero depende del contexto.

     

  • Edy

    Al fin y al cabo, ante una situación tan grave a la gente no le preocupa en qué estado quedará la planta, sino lo que le preocupa es si hay un desastre nuclear que causa miles de víctimas.
    Como bien dices, se ha producido una situación crítica como consecuencia de un tsunami, quedano la central fuera de control. Pero el sistema que detiene la reacción en cadena ha funcionado a la perfección (los reactores no están en fisión sino que simplemente emiten calor por reacciones residuales).
    Mucha gente daba por supuesto que una situación crítica de extrema gravedad como la que se ha dado es sinónimo de desenlace fatal, de catástrofe humana y  demás.
    Sin embargo, aunque la situación todavía no se puede dar por controlada, se está demostrando que incluso en la situación más desfavorable posible (fuertísimo terremoto seguido de un tsunami que ha dejado la planta totalmente sin alimentación), una central nuclear se puede “domar”.
    Obviamente, todavía falta mucho trabajo para poder decir que la central está en una situación segura (quien sabe si cuestión de una o dos semanas o tal vez más) y hasta entonces seguiremos teniendo noticias desagradables de presencia de radiación (a niveles sin riesgo) en lugares donde no solía haberla. Pasado ese tiempo, se empezarán con los trabajos de limpieza y desmantelamiento de la central (lo cual durará años), los niveles de radiación detectados en Japón se disiparán hasta confundirse con la radiación cósmica de fondo, y se estrenará una superproducción de Hollywood sobre todo lo acontecido.
    Tal vez otros prefieren ser pesimistas, pensando que todo empezará a salir mal, pero por ahora las informaciones no nos llevan por ahí.

  • Eskozia

    Lo que dices es así, sin duda, pero discrepo en que la central haya aguantado bien,
     
    “Y Fukushima no resistió
     
    Yuri, el 16 de marzo de 2011 @ 17:11
     
    … El terremoto y sobre todo el tsunami provocaron tres LOCA, pero LOCAzos del todo, con fracaso total de los sistemas de refrigeración de los reactores, pérdida de control sobre la reacción, hidrólisis a gran escala, explosiones de la contención exterior, fusiones del núcleo, incendios radiológicos y el personal luchando ahora mismo para enfriar lo que quede con agua de mar. En total, cuatro accidentes nucleares por el momento, todos y cada uno de ellos ya más graves que Three Mile Island..”

    Saludos

  • Currela

    Buen  resumen de IAEA sobre la situación general de la planta de Fukushima Dai-ichi. No hay muchos cambios respecto a la situación de ayer, pero, estamos entrando claramente en un escenario post-accidente:
    1.- La sala de control de las unidades 3 y 4 ya tiene energía eléctrica y están haciendo pruebas con las bombas de refrigeración del reactor 3. Ya hay indicación de la temperatura de los termopares del núcleo, lo que quiere decir que se puede empezar a inyectar agua al mismo sabiendo lo que se hace, no como hasta ahora que ha sido un poco a ciegas. Parece que la contención secundaria ha aguantado.
    2.- Todavía no hay energía eléctrica en la sala de control de las unidades 1 y 2, pero ya se tiene lectura de la temperatura de los termopares de los reactores 1 y 2 y se está recuperando el resto de la instrumentación, con lo que ahora sí se puede hacer frente al accidente de forma eficiente.
    3.- Las piscinas siguen siendo el problema más serio, pero en cuanto recuperen la energía eléctrica a las bombas de refrigeración y de inyección de agua, problema resuelto.
    4.- El tema de la contaminación radiactiva al exterior sigue dando muchos titulares: que si contaminación del agua de Tokio por I-131, que si la leche de Fukushima, que si las espinacas de Ibarachi y tal. Todo es verdad (la concentración de I-131 y Cs-136 está varias veces por encima de los valores normales), pero la cruda realidad es un poco menos apocalíptica: en palabras del propio ministerio japonés de salud:

    Health authorities say one hour of exposure to the radiation at Fukushima city, which showed the highest reading, would equal one-100th of the amount of radiation received in a single stomach X-ray.

    Vosotros mismos.

  • Eskozia

    Podemos decir que la instalación se ha hecho el Harakiri metafóricamente hablando, sin que los responsables hayan podido evitarlo.
    Saludos.

  • Domiloch

    Eskozia; El resto de edificaciones sometidas a la misma prueba no van a ser desmanteladas porque ya las desmanteló el terremoto o/y el  tsunami. En lo de los trabajadores estoy de acuerdo, pero claro tambien ayuda que el ambiente general no fuera de histerismo. Da un poco de vergüenza escuchar algunas declaraciones de españoles repatriados, que dicen que en realidad han vuelto por la presión de sus familiares aquí en España, pero que en Japón estaban bastante tranquilos…diferentes formas de ser, espero.
    Saludos.

  • Edy

    Obviamente todavía no podemos hablar de un desenlace, pero si no hay un cambio dramático en el progreso de la situación, en cuestión de días o semanas podríamos estar hablando de que la central está bajo control.
    Aunque la central habrá quedado inutilizada, ésta habrá resistido desde el punto de vista de que habrá podido mantener confinado el material radiactivo de su interior sin “esparcirlo” violentamente.
    Es como un edificio de 50 plantas que, tras un sismo de 7.5 grados, sigue en pie sin haber aplastado a sus ocupantes (aunque hayan habido heridos por caída de cascotes o cristales), pero su estado aconseja derruirlo.

  • Eskozia

    Es prematuro afirmar nada todavía pero francamente, no ha aguantado ni medio bien, la prueba es que según responsables va a ser desmantelada. Los que han aguantado bien han sido los trabajadores, que han sido los que han reconducido finalmente el problema. Para ellos es todo el mérito en mi opinión, pero como esos son carne de cañón.
     
    Ah, y seguro que no tienes un millón de yenes.

  • Eskozia
  • Currela

    No lo entiendo.
    Había puesto un comentario posterior al mío indicando el error que comentan Domiloch y FTW sobre la escala Richter. Por alguna razón no ha salido. Es igual, tenéis razón ambos. La pregunta del millón de yenes sigue siendo

    A ver si alguno de los “apocalípticos” es capaz de poner un ejemplo de cosa hecha por el hombre que aguante medianamente un terremoto 10 veces mayor y un tsunami dos veces y media mayor, A LA VEZ.

    Esperando respuesta …

  • FTW

    Currela, si no me equivoco, creo que la escala de magnitud de los terremotos el logaritmica, lo que quiere decir que cada 0,3 se duplica la energía.
    Si es así, supondría que de 8 a 9 se multiplica por 8 (2^3)

  • Domiloch

    Currela: De acuerdo contigo, pero la escala Ritcher es logaritmica, el terremoto fué 10 veces superior, no un 12%…
    Lo que se ha comprobado tristemente en estos últimos años, es que los Tsunamis derivados de un terremoto no son esas paredes de agua de 40 m avanzando a 500 Km/h de las peliculas de desastres, efectivamente portan una gran energia en forma de velocidad en aguas profundas que se convierte en olas altas y lentas al acercarse a la orilla, esta altura no supera los15 metros generalmente, por lo que creo que sería conveniente situar este tipo de construcciones estratégicas a un mínimo de 20 m sobre el nivel del mar, evidentemente el coste de bombeo de agua aumenta, pero creo que seguro que es asumible.
    Animo a este gran blog, seguid así.

  • Currela

    Nuevo parte de JAIF, sin muchos cambios respecto a la situación de ayer.
    Siguen las labores de comprobación de equipos para energizar la unidad 2 y de ésta, la 1, la 3 y la 4 (la 5 y la 6 ya tienen energía eléctrica exterior). Se están tomando su tiempo, lo que obliga a pensar en que los equipos están peor de lo esperado. Veremos. Ya hemos dicho en comentarios anteriores que en cuanto recuperen la energía eléctrica y los equipos de emergencia medio funcionen, se acabó el accidente.
    TEPCO ha notificado que la altura de la ola del tsunami en Fukushima fue de 14m, estando la central diseñada para alturas de olas de hasta 5,7m, es decir, la planta ha aguantado una ola con una altura más del doble que la prevista en diseño (ole, ole y ole por los diseñadores de la planta). Ya sabemos también porqué fallaron los generadores diésel de emergencia tras el tsunami. Estos estaban a una altura de 13m (recordemos, la ola de diseño era de 5,7m). La ola de 14m les pasó por encima. Sigo pidiendo una ovación cerrada para los diseñadores de la planta. Mis más sinceras felicitaciones. Y ya por dejar constancia, la central estaba diseñada para un terremoto de 8 en la escala de Richter; el terremoto del 11 de marzo fue de 9.
    A ver si alguno de los “apocalípticos” es capaz de poner un ejemplo de cosa hecha por el hombre que aguante medianamente un terremoto un 12% mayor y un tsunami un 245% mayor A LA VEZ.
    Ole, ole y ole por los diseñadores de Fukushima. Sin querer quitarle ni un ápice a la importancia (que la tiene y mucha) de las personas que están haciendo frente al accidente casi sin medios, los que verdaderamente han salvado a Japón de un auténtico desastre nuclear han sido los diseñadores de la instalación.

  • FTW

    .
    Quienes tengáis más a mano datos fiables, opino que estaría muy bien hacer un estudio comparativo del comportamiento de las diferentes infraestructuras energéticas. Tanto tras el terremoto como tras el maremoto.
    Por ejemplo hay nucleares que no pararon, por eso creo que no es cierta la afirmación de que las que lo hicieron se debió a que está diseñado para hacer SCRAM al detectar seísmo. Mi opinión es que el SCRAM fué debido a la caida de lineas o disparo de subestaciones y el consiguiente rechazo de carga en el alternador, que eso sí provoca la parada.
    Tengo tambien la sensación de que lo que mayores daños ha provocado ha sido el maremoto, no el propio seísmo. De hecho, mirando fotografías de las plantas eléctricas de generación térmica, sobre todo carbón, puede verse que no disponían de ninguna barrera contra maremotos. Prácticamente la totalidad de las térmicas de TEPCO de la costa este quedaron dañadas y paradas.
    No logro encontar una web japonesa similar a la de generacion en tiempo real de  REE donde poder extraer el perfil de carga antes, después del terremoto y después del maremoto. Creo que podría darnos mucha información del comportamiento de las infraestructuras. Sin embargo la impresión que se está transmitiendo en los medios es que el fallo fué básicamente nuclear, cuando me da la impresión de que es exactamente lo contrario.

  • Edy

    Lo cierto es que la situación es muy seria y no hay que quitarle hierro. Cada víctima mortal mirada individualmente es un drama para sus familiares, de modo que no sería humano decir “han muerto sólo 5 personas” (asumiendo como fallecidas también las desaparecidas).
    Sin embargo, a la hora de valorar un incidente es inevitable tratar estas cifras como “simples” cifras y datos estadísticos, y a día de hoy dichas cifras no nos permiten hablar de tragedia, y mucho menos cuando el accidente ha sido consecuencia de un tsunami que se ha llevado por delante al menos 15.000 vidas.
    Teniendo en cuenta que se ha evacuado a la población en un radio de 20km, y que por ahora parece que la situación evoluciona favorablemente, lo más probable es que no hayan afectados entre la población, y que el perímetro desalojado pueda ser reocupado dentro de unos meses sin que se vea contaminado por siglos como algunos sugieren.
    Aunque sea cínico decir esto, existen muchas personas que se sentirán incómodas en el instante en que se de por controlada la situación, los núcleos de los reactores entren en estado de “apagado frío” y pueda comenzarse el desmantelamiento de la instalación sin que haya habido una catástrofe.
    Si todo termina con un final feliz, lo cual confiamos que así sea, los argumentos contra la seguridad nuclear se verían tremendamente debilitados. Un país que tiene más de 50 reactores nucleares se ha visto sometido a la peor agresión posible (un terremoto de grado 9 seguido de un tsunami devastador) sin que ello haya derivado en una catástrofe humana.
    ¿Qué habría ocurrido si la energía proporcionada por dichos reactores nucleares fuera procedente de centrales hidroeléctricas? Obviamente harían falta muchas más que 50 grandes presas (o algunas menos si hablamos de macro-presas como la de las Tres Gargantas) y en Japón no hay suficiente caudal para ello.
    En caso de que alguna/s de ellas no hubiera/n sido capaz/es de resistir el seísmo de 9 grados, dudo que hubiera dado tiempo a evacuar a la población situada aguas abajo.

  • Luis I. Gómez

    No nos olvidemos de Currela que ha estado toda la semana mandando los pdf superactualizados! Gracias a todos, para eso sirve un blog que quiere ser serio.

  • Esporádico

    Creo que las bombas en verde a las que te refieres en último párrafo son naranjas, en concreto, de las tres que aparecen, la primera y la tercera (la del circuito azul y la del circuito verde fosforito) .
     
    Gracias por el artículo y por el seguimiento, a Manuel y a DE (y a PM).
     
    Saludos. E.

  • Exactamente, y estoy tirando de memoria, dos muertos y tres desaparecidos. Que con las tasas de radiación que se han dado, también podríamos darlos por muertos (salvo milagro).

  • Mil gracias a Manuel por tenernos informados y “explicados”. Y a DEE por transmitirlo.
     
    Por cierto, un documento que viene al caso, y tiene interés. Fukushima no va a ser Chernobyl, ni de coña. Y aun así …
    Growing Up with Chernobyl

  • Creo que sí ha habido muertos en lo de la central, por explosiones. Cinco, si no recuerdo mal.
    Además, entre heridos y radiados, son un total de 45. No es poco.